摘要：
經(jīng)過一年的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)領域中從業(yè)者對于低功耗廣域網(wǎng)絡（LPWAN）并不陌生。作為商用化較早的LPWAN技術，LoRa已在國內(nèi)外得到廣泛應用，本文由全國低功耗廣域網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長單位八月科技（AUGTEK）根據(jù)其在LoRa商用推廣中所遇到的各類問題匯編而成。
初識LoRa：低功耗廣域網(wǎng)絡代表性技術
LoRa是低功耗廣域網(wǎng)通信技術中的一種，是Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸技術，是Semtech 射頻部分產(chǎn)生的一種獨特的調(diào)制格式。LoRa射頻部分的核心芯片是SX1276和SX1278。這類芯片集成規(guī)模小、效率高，為LoRa無線模塊帶來高接收靈敏度。而網(wǎng)關芯片則采用的是集成度更高、信道數(shù)更多的SX1301。用SX1301作為核心開發(fā)出的LoRa網(wǎng)關，可以與許許多多的LoRa模塊構成多節(jié)點的復雜的物聯(lián)網(wǎng)自組網(wǎng)。
從技術形態(tài)來看，LoRa是一種擴頻技術，但它不是直接序列擴頻。直接序列擴頻通過調(diào)制載波芯片來傳輸更多的頻譜，從而提高編碼增益。而LoRa調(diào)制與多狀態(tài)FSK調(diào)制類似，使用未調(diào)制載波來進行線性調(diào)頻，使能量分散到更廣泛的頻段。
從網(wǎng)絡結構來看，LoRa調(diào)制技術本身是一個物理層（PHYlayer）協(xié)議，能被用在幾乎所有的網(wǎng)絡技術中。Mesh網(wǎng)絡雖然擴展了網(wǎng)絡覆蓋的范圍，但是卻犧牲了網(wǎng)絡容量、同步開銷、電池使用壽命。隨著LoRa技術鏈路預算和覆蓋距離的同時提升，Mesh網(wǎng)絡已不再適合，故采用星形的組網(wǎng)方式來優(yōu)化網(wǎng)絡結構、延長電池壽命、簡化安裝。LoRa網(wǎng)關和模塊間以星形網(wǎng)方式組網(wǎng)，而LoRa模塊間理論上可以以點對點輪詢的方式組網(wǎng)，當然點對點輪詢效率要遠遠低于星形網(wǎng)。
LoRa網(wǎng)關：終端與服務器的橋梁
LoRa網(wǎng)關位處LoRa星形網(wǎng)絡的核心位置，是終端和服務器（Server）間的信息橋梁，是多信道的收發(fā)機。LoRa網(wǎng)關有時又被稱為LoRa基站或LoRa集中器，雖然定義不同，但其實是同一含義。
LoRa網(wǎng)關使用不同的擴頻因子，不同的擴頻因子兩兩正交因而理論上可以在同一信道中對多條不同擴頻因子的信號進行解調(diào)。網(wǎng)關與網(wǎng)絡服務器間通過標準IP進行連接，終端通過單跳與一個或多個網(wǎng)關進行通訊，所有的終端通訊都是雙向通訊，同時也支持軟件遠程升級等。以下幾個網(wǎng)關的幾個重要的特點：
?。?）網(wǎng)關的分類：目前來說，定義不同，網(wǎng)關類型也不同。例如，按照應用場景不同可分為為室內(nèi)型網(wǎng)關和室外型網(wǎng)關；按照通訊方式不同可分為全雙工網(wǎng)關和半雙工網(wǎng)關；而按照設計標準不同可分為完全符合LoRaWAN協(xié)議網(wǎng)關和不完全符合LoRaWAN協(xié)議網(wǎng)關。AUGTEK新一代網(wǎng)關為室外型，全雙工，并且完全符合LoRaWAN協(xié)議。完全符合LoRaWAN協(xié)議的LoRa網(wǎng)關及LoRa終端能夠實現(xiàn)互聯(lián)互通，這具有很大意義！
?。?）網(wǎng)關的容量：網(wǎng)關容量是指在一定時間內(nèi)網(wǎng)關接收數(shù)據(jù)包數(shù)量的能力。理論上來說，單個SX1301芯片擁有8個信道，在完全符合LoRaWAN協(xié)議的情況下最多每天能接收1500萬個數(shù)據(jù)包。如果某應用發(fā)包頻率為1包/小時，單個SX1301芯片構成的網(wǎng)關能接入62500個終端節(jié)點。當然，這只是一個理論值，網(wǎng)關接入終端數(shù)量最終還是與網(wǎng)關信道數(shù)量、終端發(fā)包頻率、發(fā)包字節(jié)數(shù)和擴頻因子息息相關。
?。?）網(wǎng)關接入點決定因素：LoRa網(wǎng)關接入的節(jié)點數(shù)取決于LoRa網(wǎng)關所能提供的信道資源以及單個LoRa終端占用的信道資源。LoRa網(wǎng)關如果采用Semtech標準參考設計，網(wǎng)關采用SX1301芯片，那么信道數(shù)是固定的8個上行信道1個下行信道。物理信道數(shù)確定了， LoRa網(wǎng)關所能提供的信道資源也就確定了。（網(wǎng)關設計不同，信道數(shù)不同，AUGTEK網(wǎng)關能實現(xiàn)8個上行，4個下行。）單個LoRa終端占用的信道資源與終端占用信道的時間一致，也就與終端的發(fā)包頻率、發(fā)包字節(jié)數(shù)以及LoRa終端的擴頻因子息息相關。當LoRa終端的發(fā)包頻率和發(fā)包字節(jié)數(shù)上升，該終端占據(jù)信道收發(fā)的時間就會增加，就占用了更多的信道資源。而當LoRa終端采用更大的擴頻因子時，信號可以傳的更遠，但是代價是傳遞單位字節(jié)的信息會花費更多的時間。
除了網(wǎng)關外，我們也需要關注LoRa終端：LoRa終端是LoRa網(wǎng)絡的組成部分，一般由LoRa模塊和傳感器等器件組成。LoRa終端可使用電池供電，能夠遠程定位。每一個符合LoRaWAN協(xié)議的終端都能與符合LoRaWAN的網(wǎng)關直接通訊，從而實現(xiàn)互聯(lián)互通。
LoRa的頻段選擇
按理論來說，可以使用150 MHz 到 1 GHz頻段中的任何頻率。但是Semtech的LoRa芯片并不是所有的sub-GHz的頻段都可以使用，在常用頻段（如433MHz，470MHz~510MHz，780MHz以及歐美常用的868MHz和915MHz都屬于常用頻段）以外的一些頻率并不能很好的支持。AUGTEK主導LoRaWAN 470~510MHz協(xié)議標準的制定，目前在中國提供470-510MHz頻段網(wǎng)關。
會有人質疑，LoRa網(wǎng)關使用免費頻段，會不會容易受到頻率干擾？
抗干擾能力取決于LoRa技術本身的特性和網(wǎng)關的設計。LoRa技術本身擁有超高的接收靈敏度（RSSI）和超強信噪比（SNR）。以AUGTEK的LoRa網(wǎng)關與LoRa模塊為例，其接收靈敏度達到驚人的-142dBm，而超強的信噪比可以讓AUGTEK網(wǎng)關和終端工作在噪聲門限以下20dB。此外，AUGTEK網(wǎng)關使用跳頻技術，通過偽隨機碼序列進行頻移鍵控，使載波頻率不斷跳變而擴展頻譜，防止定頻干擾。
LoRa的數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)長度
LoRaWAN協(xié)議定義了一系列的數(shù)據(jù)傳輸速率，不同的芯片可供選擇的速率范圍不同，例如SX1272支持0.3-38.4kbps，SX1276支持0.018-38.4kbps的速率范圍。目前AUGTEK能實現(xiàn)0.3-37.5kbps的傳輸速率。
使用LoRa設備發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)長度有限制，理論來說SX127x系列芯片有256 Bytes的FIFO，發(fā)射或接收256 Bytes都行得通。但是，并不是在任何傳輸速率下LoRa模塊的負載長度都能為256 Bytes。在傳輸速率較低的情況下，一次傳輸256 Bytes需要花費的時間極長（可能需要花費幾秒甚至更長），這不利于抗干擾和交互，因此在技術處理上一般建議用戶將一條長數(shù)據(jù)分割成數(shù)條小數(shù)據(jù)來進行傳輸。